Les semences forestières génétiquement améliorées pourraient ne plus être adaptées aux sites où elles sont destinées à cause des changements climatiques. La migration assistée figure parmi les stratégies d'adaptation proposées pour maintenir la productivité forestière et diminuer la vulnérabilité des écosystèmes. Les réponses morpho-physiologiques des plants d’épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) issus de huit vergers à graines ont été évaluées en pépinière et sur trois sites de plantation. La modélisation des courbes de croissance a montré que la hauteur des vergers méridionaux et de deuxième génération est significativement supérieure à celle des autres vergers. Un modèle à régression multiple a montré que la hauteur finale des plants était significativement corrélée aux conditions climatiques d’origine des vergers. Le verger et le site de plantation ont affecté significativement la croissance en hauteur des plants. Les résultats de la présente étude et ceux obtenus à long terme contribueront à raffiner les règles opérationnelles de transfert des semences propres à la migration assistée. / Due to climate change, genetically improved trees may no longer be adapted to the sites where they are intended to be planted. Assisted migration is a potential adaptation strategy for maintaining forest productivity and reducing vulnerability in the face of a changing climate. Morpho-physiological responses of white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) seedlings from eight seed orchards were evaluated in a nursery and at three planting sites. The modeling of growth curves showed that the height of both the southern orchards and second generation orchards was significantly higher than the other orchards. A multiple regression model showed that the final height of the plants was significantly correlated with climatic conditions of the orchards. The orchard and the planting site significantly affected height growth of seedlings. The results of this study and those obtained over the longer term should help to refine the operational rules of seed transfer for assisted migration.

Les programmes d’amélioration génétique visent la sélection d’arbres supérieurs qui serviront à établir des plantations de haute productivité adaptées aux conditions climatiques actuelles et futures. Or, les conditions climatiques futures seront vraisemblablement différentes des conditions actuelles. En effet, selon le scénario d’émission A1B, défini par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), la concentration atmosphérique en CO2 pourrait doubler à 760 ppm d’ici 2100 et, au Canada, la température moyenne pourrait augmenter de 4,3 °C (GIEC 2007). À cet égard, les programmes de reboisement devraient tenir compte de ces changements climatiques en évaluant les réponses morpho-physiologiques des différentes sources génétiques de semences vis-à-vis des principales variables environnementales (CO2 et température) et de leur interaction. Dans une expérience en conditions contrôlées (température, CO2, humidité relative, lumière, photopériode, etc.), des plants d’épinette blanche, représentant les meilleures familles biparentales identifiées par le programme d’amélioration génétique du Québec, ont été soumis à une combinaison de deux régimes de températures (actuelles vs. futures prédites) et de deux régimes de CO2 (380 vs. 760 ppm) pendant leur seconde et leur troisième saison de croissance. La croissance des parties aériennes et des racines, ainsi que la nutrition minérale ont été évaluées à la fin de la deuxième et de la troisième saison de croissance. Des mesures d’échanges gazeux, de transpiration cuticulaire, de quantité de cire cuticulaire ainsi que de surface foliaire spécifique ont également été effectuées sur les plants âgés de trois ans. L’augmentation de la température et de la concentration en CO2 a eu peu d’effet sur les variables morpho-physiologiques des plants de deux ans (2+0) et de trois ans (3+0) d’épinette blanche. Ainsi, l’élévation seule de la température ou de la concentration en CO2 s’est traduite par une augmentation de la hauteur des plants (2+0) ainsi que du diamètre et de la masse sèche des racines des plants (3+0). Des différences entre les familles ont été observées pour la majorité des variables morpho-physiologiques des v plants (2+0) et (3+0), c’est-à-dire pour toutes les variables de croissance, la nutrition minérale, la transpiration ainsi que la conductance stomatique. Aucune interaction famille*traitement n’ayant été significative, les résultats de cette expérience indiquent que la performance relative entre les familles d’épinette blanche ne devrait pas être modifiée suite à une augmentation de la température et de la concentration en CO2. Nos résultats suggèrent que les meilleures familles actuellement sélectionnées dans le cadre du programme d’amélioration génétique de l’épinette blanche au Québec devraient maintenir leur performance supérieure en présence des conditions climatiques futures prédites. De plus, l’héritabilité familiale s’est révélée similaire et élevée (supérieure à 0,4) entre les traitements de température * CO2, ce qui signifie que les traitements n’ont pas eu d’impact sur la variabilité génétique entre les familles testées. / According to the A1B emissions scenario of the Intergovernmental Panel on Climate Change’s (IPCC) 2007 report, atmospheric CO2 concentration will double before 2100 and, in Canada, average temperatures could increase by 4.3 °C. In a growth chamber experiment, we subjected white spruce seedlings from the best performing full-sib families in Québec’s current tree breeding program to a combination of two temperature regimes (present day vs. anticipated future temperatures) and two levels of CO2 (380 vs. 760 ppm) during two growing seasons. The interaction between CO2 and temperature increases had no significant effect on growth characteristics, mineral nutrition, gas exchange and needle characteristics of seedlings at the juvenile stage. Furthermore, the relative performance between 20 families did not change, suggesting that they should maintain their superior performance under predicted future climate conditions.

Au Québec, chaque année, des millions de plants forestiers produits en récipient sont rejetés à cause de leur système racinaire déficient. Afin de vérifier l'effet du substrat sur cette problématique, le premier objectif était de caractériser les propriétés physiques et chimiques des substrats utilisés par huit pépinières forestières. La masse volumique apparente (MVA), la granulométrie des particules, la teneur en air (thêtaa), la conductivité hydraulique saturée (Ks), le coefficient d'efficacité des pores (γ) et un indice de diffusivité relative des gaz (DsD₀⁻¹) ont été mesurés. Le pH, la conductivité électrique (CE), et la capacité d'échange cationique effective (CECeff) des substrats, ainsi que leurs contenus en éléments nutritifs (N-NH₄, N-NO₂₋₃, P, K, Ca, Mg) ont été mesurés. De plus, les variables de croissance des plants ont été évaluées après une saison de croissance. Les pépinières ont présenté d'importantes variations au niveau de la croissance des plants et des propriétés du substrat. Thêtaa et Ks mesurées à la fin de la saison de croissance étaient corrélées négativement avec (i) la masse sèche de la partie aérienne des plants et (ii) le diamètre au collet. La MVA était toutefois corrélée positivement avec la masse racinaire. L'aération des substrats n'a pas limité la croissance des plants malgré des valeurs de DsD₀⁻¹ faibles pour certains substrats (<0.005). Le second objectif visait à vérifier, au cours de deux années de production (2008 et 2009), les effets des propriétés physiques et chimiques sur la croissance et le développement des plants d'épinette blanche (1+0) cultivés dans plusieurs substrats composés de tourbe grossière et fine (<0.5 mm), de perlite et de vermiculite. Les substrats ont affecté les variables de croissance. En 2008, l'augmentation de la porosité d'air (thêtaa) a eu un effet négatif sur la croissance alors qu'en 2009, la croissance était affectée par une réduction du coefficient d'efficacité des pores (γ) dans les substrats. Selon les résultats de cette étude, la valeur optimale de DsD₀⁻¹ recommandée pour la culture de l'épinette blanche en récipient serait comprise entre 0.003 et 0.016 et thêtaa située entre 0.07 et 0.14 cm³ cm⁻³.

Les analyses d’association visent à mieux comprendre l’architecture génétique des caractères quantitatifs comme ceux reliés à l’adaptation, la croissance et la structure du bois, et mettre en évidence les gènes qui les contrôlent. Ces connaissances sont utiles pour notamment mieux appréhender le potentiel de résilience dans le contexte de changements climatiques, ainsi que pour la conservation et l’amélioration génétique des arbres forestiers. Cette thèse porte sur l’épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) avec deux objectifs principaux : 1) développer une compréhension plus intégrée des caractères quantitatifs, et ; 2) développer des stratégies permettant de mieux exploiter les analyses d’association face aux contraintes génétiques et statistiques liées à leur utilisation chez les arbres forestiers. La thèse s’appuie sur deux études d’association qui portent respectivement sur la croissance et les caractéristiques physiques du bois (chapitre 2), et la résistance contre la tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE, Choristoneura fumiferana Clemens) (chapitre 3). Nous avons d’abord analysé les caractéristiques du bois ainsi que la croissance en utilisant un seuil de significativité statistique permissif (P &lt; 0,05; sans correction pour tests multiples) pour maximiser la découverte de gènes comportant des SNPs significatifs. Selon les caractères étudiés, entre 229 et 292 gènes ont été identifiés, qui ont ensuite été soumis à des analyses complémentaires portant sur leurs annotations fonctionnelles et leur expression tissulaire. Les gènes associés aux caractères du bois se sont montrés surreprésentés dans un groupe de co-expression préférentiel au xylème secondaire. Une analyse de réseau de ce groupe de gènes a permis d’identifier certains facteurs de transcription de type MYB et NAC ayant un niveau de connectivité élevé, dont notamment PgNAC-7 qui était le gène ‘hub’ le plus connecté, suggérant un rôle dans la régulation des caractères physiques du bois. L’étude des caractères de défense contre la TBE s’est appuyée sur trois méthodes d’analyse d’association considérant soit un locus à la fois, plusieurs loci, ou encore plusieurs caractères simultanément. Les analyses ont permis d’identifier 33 gènes ayant des fonctions métaboliques variées et expliquant une proportion élevée de la variation phénotypique observée. Des corrélations phénotypiques faiblement positives ont également été observées entre la croissance et les facteurs de résistance contre la TBE, indiquant l’absence d’un compromis métabolique entre ces caractères. Nos résultats indiquent que les stratégies proposées dans la présente thèse pourraient être appliquées à d’autres caractères quantitatifs et permettre de développer des connaissances utiles pour mieux comprendre l'architecture génétique des caractères complexes chez les arbres forestiers. / The general aim of association analyses is to decipher the genetic architecture of quantitative traits such as those related to adaptation, growth and wood structure, and to highlight the genes that control them. This knowledge is useful to better understand the potential for resilience toward climate change, and for the genetic conservation and improvement of forest trees. This thesis focuses on white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) and has two main objectives: 1) develop a more integrated understanding of quantitative traits, and; 2) develop strategies to better exploit association analyses despite the genetic and statistical constraints related to their use in forest trees. The thesis is based on two association studies, which focus respectively on growth and wood physical traits (Chapter 2), and resistance to spruce budworm (SBW, Choristoneura fumiferana Clemens) (Chapter 3). We first analyzed wood and growth traits using a permissive threshold of statistical significance (P &lt; 0.05, without correction for multiple tests) to maximize the discovery of genes carrying significant SNPs. For each of the traits studied, between 229 and 292 such genes were identified, which were then subjected to further analyses based on their functional annotations and their tissue expression. The genes associated with wood traits were over-represented in a co-expression group that is preferential to secondary xylem. A network analysis of this group of genes allowed identifying certain transcription factors of MYB and NAC types with a high level of connectivity, including PgNAC-7 which was the most connected hub gene, suggesting a role in the regulation of wood physical traits. The study of SBW defence traits was based on three methods of association analysis considering one locus at a time, several loci, or several traits simultaneously. The analyses identified 33 genes with various metabolic functions, which explained a major proportion of the observed phenotypic variation. Weakly positive phenotypic correlations were also observed between growth and resistance traits against SBW, indicating the absence of a metabolic trade-off between these traits. Our results indicate that the strategies proposed in this thesis could be applied to other quantitative traits to develop a better understanding of the genetic architecture of complex traits in forest trees.